特許 7410264 トンネルのロックボルト工法管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】トンネルのロックボルト工法管理方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 20/00 20060101AFI20231226BHJP

   E21D 20/02 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

E21D20/00 L

E21D20/02

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022202298

(22)【出願日】2022-12-19

(62)【分割の表示】P 2021088713の分割

【原出願日】2021-05-26

(65)【公開番号】P2023021449

(43)【公開日】2023-02-10

【審査請求日】2022-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】591029921

【氏名又は名称】フジモリ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003340

【氏名又は名称】弁理士法人湧泉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂根 一聡

(72)【発明者】

【氏名】小林 圭吾

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０１９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０８１５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０４１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１７７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４３４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０８９８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２０８０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８０６７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ２０／００

Ｅ２１Ｄ ２０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの周辺地山に形成した複数のロックボルト孔の各々に充填材圧送ポンプによって充填材を充填してロックボルトを差し込むロックボルト工法の管理方法であって、
前記充填材圧送ポンプと接続されたポンプ運転情報取得手段によって、前記充填材圧送ポンプの運転開始及び停止を含むポンプ運転情報を取得する工程と、
前記充填材の流量を流量計によって測定する工程と、
前記ポンプ運転情報及び前記流量計の測定流量から前記各ロックボルト孔への充填材のトータル注入量を取得する工程と、
前記トータル注入量に基づいて、施工不良の有無又は周辺地山の状態を判断する工程と、
を備え、前記充填材圧送ポンプの運転停止のポンプ運転情報が取得されたのに応じて、１のロックボルト孔への注入が終了したとして該ロックボルト孔への前記トータル注入量が取得されることを特徴とするロックボルト工法管理方法。

【請求項2】

前記充填材圧送ポンプの運転開始からその直後の運転停止までの１運転期間中のトータルの充填剤圧送量を、前記各ロックボルト孔へのトータル注入量とする、請求項１に記載のロックボルト工法管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、山岳トンネルの施工管理システム及び方法に関し、特に、トンネル周辺の地山にロックボルトを打ち込むロックボルト工法の管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、山岳トンネルの構築においては、地山掘削面の不安定な岩盤を深部の地山と一体化して安定させるために、ロックボルトをトンネル全周壁に放射状に打ち込むロックボルト工が行われる。この種のロックボルト工においては、岩盤を削孔して、その孔に充填材としてモルタルを充填する。トンネル内側への孔の開口からモルタルが溢れ出たとき、モルタルが孔に満杯に充填されたと判断する。その孔にロックボルトを挿入する（特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－３２４５９５号公報（［０００３］、図５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

１つの孔に充填するモルタルの設定量は、孔の掘削径及び長さによって決まる。しかし、例えば地山が緩く、掘削した孔が崩れて埋まっている場合には、実際のモルタル充填量は設定量より少なくなると考えられる。地山が脆く、孔の掘削によって亀裂が出来たときは、その亀裂にもモルタルが流れることで、実際のモルタル充填量は設定量より多くなると考えられる。したがって、地山の状況によって、実際のモルタル充填量が設定量に対して大きく増減され得る。一方、現状では、現場全体でのモルタル材料の消費量（例えば空になったセメント収容袋の数）でしか実際のモルタルの充填量を把握できていない。孔ごとのモルタルの充填量は把握されていない。

【0005】

ロックボルト工の品質管理としては、施工後のロックボルトから任意のロックボルトが選択され、引抜試験が行われる。引抜試験では、選択されたロックボルトに一定の引抜荷重をかけて地山に定着しているかが試験される。選ばれなかったロックボルトについては、近くの引抜試験したロックボルトと同等の品質であるものと推定される。全部のロックボルトについて引抜試験するのは、時間とコストを要し、現実的でない。
本発明は、かかる事情に鑑み、ロックボルトを打ち込む孔ごとにモルタル等の充填材の充填量を把握することで、ロックボルト工法の施工品質管理に資することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するため、本発明に係るシステムは、トンネルの周辺地山に形成したロックボルト孔に充填材圧送ポンプによって充填材を充填してロックボルトを差し込むロックボルト工法の管理システムであって、
前記充填材圧送ポンプと接続され、前記充填材圧送ポンプの運転開始及び停止を含むポンプ運転情報を取得するポンプ運転情報取得手段と、
前記充填材の流量を測定する流量計と、
前記流量計の測定流量から前記ロックボルト孔への充填材の注入量情報を取得する注入量情報取得手段と、
前記ポンプ運転情報及び前記注入量情報を蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積されたポンプ運転情報及び注入量情報から前記ロックボルト孔の注入作業管理データを作成する作成手段と
を備えたことを特徴とする。

【0007】

本発明に係る方法は、トンネルの周辺地山に形成したロックボルト孔に充填材圧送ポンプによって充填材を充填してロックボルトを差し込むロックボルト工法の管理方法であって、
前記充填材圧送ポンプと接続されたポンプ運転情報取得手段によって、前記充填材圧送ポンプの運転開始及び停止を含むポンプ運転情報を取得する工程と、
前記充填材の流量を流量計によって測定する工程と、
前記流量計の測定流量から前記ロックボルト孔への充填材の注入量情報を取得する工程と、
前記ポンプ運転情報及び前記注入量情報を蓄積する工程と、
前記蓄積されたポンプ運転情報及び注入量情報から前記ロックボルト孔の注入作業管理データを作成する工程と
を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る方法は、トンネルの周辺地山に形成した複数のロックボルト孔の各々に充填材圧送ポンプによって充填材を充填してロックボルトを差し込むロックボルト工法の管理方法であって、
前記充填材圧送ポンプと接続されたポンプ運転情報取得手段によって、前記充填材圧送ポンプの運転開始及び停止を含むポンプ運転情報を取得する工程と、
前記充填材の流量を流量計によって測定する工程と、
前記ポンプ運転情報及び前記流量計の測定流量から前記各ロックボルト孔への充填材のトータル注入量を取得する工程と、
前記トータル注入量に基づいて、施工不良の有無又は周辺地山の状態を判断する工程と、
を備えたことを特徴とする。
好ましくは、前記充填材圧送ポンプの運転開始からその直後の運転停止までの１運転期間中のトータルの充填剤圧送量を、前記各ロックボルト孔へのトータル注入量とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、山岳トンネルにおけるロックボルト孔ごとにモルタル等の充填材の充填量を把握することができ、ロックボルト工法の施工品質管理に資することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るロックボルト工の管理システムの概要を示す概念図である。

【図2】図２は、前記ロックボルト工の管理システムにおけるＰＬＣ及びＰＣの構造を示すブロック図である。

【図3】図３は、注入作業管理データとして出力された帳票を例示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、山岳トンネル１においては、周辺地山２内へ放射状に多数のロックボルト３が打ち込まれている。該ロックボルト３を施工するロックボルト工においては、まず地山掘削面２ａから地山２内に削孔機８によってロックボルト孔４を形成する。該ロックボルト孔４に充填材としてモルタル５を充填する。その後、ロックボルト３を該ロックボルト孔４の最奥端まで差し込む。ロックボルト３のトンネル内側の端部には、座金６及びナット７を取り付ける。

【0011】

前記モルタル５の充填は、充填材圧送ポンプ１０によって行われる。充填材圧送ポンプ１０は、一般的なコンクリート打設ポンプによって構成され、ポンプ部１１と、ミキサー１２と、オンオフスイッチ１３を含む。オンオフスイッチ１３によって、充填材圧送ポンプ１０の運転開始及び停止の操作がなされる。ミキサー１２において、モルタル原料のセメント５ａと水５ｗが練り混ぜられてモルタルが出来る。ポンプ部１１は、ミキサー１２から延びる管状の筐体１４と、該管状筐体１４内のスクリュー１５を含む。ミキサー１２からのモルタルが、管状筐体１４に出されるとともに、スクリュー１５の回転によって更に練り混ぜられながら押し出される。管状筐体１４の下流端の吐出ポート１０ｐから圧送ホース１６が延びている。

【0012】

図１に示すように、ロックボルト工法は、ロックボルト工法管理システム２０によって施工管理される。ロックボルト工法管理システム２０は、流量計２１と、ＰＬＣ２２（ポンプ運転情報取得手段、注入量情報取得手段）と、処理装置２３（作成手段）を備えている。

【0013】

流量計２１は、充填材圧送ポンプ１０の吐出ポート１０ｐと圧送ホース１６との間に介在されている。流量計２１は、充填材圧送ポンプ１０からのモルタル５の圧送流量を測定する。具体的には、流量計２１は、モルタルが単位体積（例えば１Ｌ）だけ圧送されるごとにパルス信号を発信する。流量計２１が、モルタルの瞬時流量に応じた電気信号を発信するものであってもよい。

【0014】

図２に示すように、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）２２は、ＣＰＵ２２ａと、信号入力部２２ｂと、Ａ／Ｄ変換部２２ｃと、信号出力部２２ｆと、記憶部２２ｍを含む。信号入力部２２ｂは、信号線２２ｄ，２２ｅを介して、充填材圧送ポンプ１０のオンオフスイッチ１３及び流量計２１とそれぞれ接続されている。

【0015】

信号入力部２２ｂには、オンオフスイッチ１３からの運転開始及び停止を含むポンプ運転情報、及び流量計２１からの測定情報がそれぞれアナログ電気信号で入力される。信号入力部２２ｂにＡ／Ｄ変換部２２ｃが接続されている。Ａ／Ｄ変換部２２ｃは、前記アナログ電気信号をデジタル変換する。

【0016】

ＣＰＵ２２ａは、ＰＬＣ２２の処理動作を司る。記憶部２２ｍには、前記処理動作のためのプログラムが格納されているとともに、前記デジタル変換されたポンプ運転情報及び測定情報が一時記憶される。
信号出力部２２ｆは、有線又は無線の通信機能を有し、前記一時記憶されたポンプ運転情報及び測定情報を処理装置２３へ出力する。

【0017】

処理装置２３は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２３Ａ、スマートフォン２３Ｂ、タブレット２３Ｃなどのコンピュータによって構成されている。図２に示すように、処理装置２３は、ＣＰＵ２３ａ（処理部）と、通信部２３ｂと、記憶部２３ｍ（蓄積手段）を含む。

【0018】

ＰＬＣ２２の信号出力部２２ｆと処理装置２３の通信部２３ｂとが、有線又は無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２９を介してデータ通信可能に接続されている。ＣＰＵ２３ａは、処理装置２３の処理動作を司る。記憶部２３ｍには、前記ＣＰＵ２３ａの処理動作のためのロックボルト工法管理プログラム２３ｐが格納されているとともに、前記ＰＬＣ２２からの取得情報がロックボルト工法管理蓄積データ２３ｄとして蓄積される。

【0019】

ロックボルト工法管理蓄積データ２３ｄは、ポンプ運転情報、及びロックボルト孔４ごとのトータル注入量情報を含む。ポンプ運転情報は、充填材圧送ポンプ１０の運転開始を示すコード及び運転開始時刻、並びに充填材圧送ポンプ１０の運転停止を示すコード及び運転停止時刻を含む。トータル注入量情報は、各ロックボルト孔４に注入したトータルのモルタル注入量のデータであり、充填材圧送ポンプ１０の１回の運転開始から運転停止までの運転期間中における流量計２１による測定流量に基づく。

【0020】

ロックボルト工法管理処理は、次のようにしてなされる。
作業者が、圧送ホース１６を充填対象のロックボルト孔４に差し入れて、オンオフスイッチ１３によって充填材圧送ポンプ１０の運転を開始させると、その運転開始信号が、ＰＬＣ２２に入力される。運転開始信号は、充填材圧送ポンプ１０への供給電圧が０から所定値（例えば２００ボルト）になる立上がり信号であってもよい。該運転開始信号が、Ａ／Ｄ変換部２２ｃによってデジタル変換されて、運転開始を示すコード及び運転開始時刻を含む運転開始情報として記憶部２２ｍに一時記憶される。

【0021】

運転開始された充填材圧送ポンプ１０からモルタル５が吐出され、圧送ホース１６からロックボルト孔４に注入される、
このとき、モルタル５の圧送流量が流量計２１によって測定される（測定工程）。流量の測定信号は、ＰＬＣ２２に入力される。具体的には、モルタルの圧送流量が単位流量（例えば１リットル）に達するたびに、流量計２１からパルス信号が出されて、ＰＬＣ２２に入力される。ＰＬＣ２２は、入力されたパルス信号の数をカウントする。

【0022】

作業者は、圧送ホース１６をロックボルト孔４の最奥端まで差し込んだ状態でモルタル注入を開始し、その後、注入を続けながら、漸次、圧送ホース１６を手前側へ引く。圧送ホース１６の先端がロックボルト孔４におけるトンネル内側への開口４ｅの近くまで来て、前記開口４ｅからモルタル５が溢れ出て来たときは、作業者は、そのロックボルト孔４がモルタル５で満杯になったと推定して、オンオフスイッチ１３によって充填材圧送ポンプ１０の運転を停止する。その後、ロックボルト３の差し込み作業がなされる。

【0023】

前記運転停止信号は、ＰＬＣ２２に入力される。運転停止信号は、充填材圧送ポンプ１０への供給電圧が所定値（例えば２００ボルト）から０になる立下り信号であってもよい。該運転停止信号が、Ａ／Ｄ変換部２２ｃによってデジタル変換されて、運転停止を示すコード及び運転停止時刻を含む運転停止情報として記憶部２２ｍに一時記憶される。

【0024】

更に、ＰＬＣ２２は、充填材圧送ポンプ１０の運転開始から運転停止までの前記流量計２１からのパルス信号のカウント数（すなわちモルタル流量の測定情報）から充填対象のロックボルト孔４へのモルタル５のトータル注入量（注入量情報）を求める。すなわち、充填材圧送ポンプ１０の１回の運転開始から運転停止までの１の運転期間を１のロックボルト孔４への注入期間であるものとし、当該運転期間中におけるトータル圧送量を、当該１のロックボルト孔４へのトータル注入量として管理する。
なお、流量計２１がモルタルの瞬時流量を計測して積算することで、その瞬時流量積算値を前記トータル注入量（注入量情報）としてもよい。

【0025】

更に、ＰＬＣ２２は、前記運転開始情報及び運転停止情報を含むポンプ運転情報、並びに注入量情報を処理装置２３へ送信する。送信タイミングは、運転停止信号が発せられる都度（すなわち１のロックボルト孔４への注入操作が終了するごと）でもよく、一定時間置きでもよく、１日分ないしは１断面分の作業が終了するごとでもよい。送信のたびに、記憶部２２ｍにおける送信済情報を削除してもよい。あるいは、ＰＬＣ２２は、送信後もその送信済情報を削除することなく、記憶部２２ｍ（蓄積手段）に保持することにしてもよい。
ＰＬＣ２２が充填材圧送ポンプ１０及び流量計２１からアナログ電気信号を受け取るたびに、デジタル変換して、処理装置２３へ送信してもよい。この場合、記憶部２２ｍを省略してもよい。

【0026】

処理装置２３は、ＰＬＣ２２からのポンプ運転情報及び注入量情報を記憶部２３ｍ（蓄積手段）に蓄積する（蓄積工程）。処理装置２３は、データロガーとして機能する。
トンネル１の多数のロックボルト孔４にモルタル５を注入するたびごとに、ポンプ運転情報及び注入量情報が取得されて、記憶部２３ｍに蓄積される。
これによって、ロックボルト孔４ごとのトータルのモルタル注入量が、モルタル５を注入した順にデータベース化される。

【0027】

処理装置２３は、指令にしたがって、前記蓄積されたポンプ運転情報及び注入量情報から注入作業管理データを作成する（作成工程）。
図３に例示するように、注入作業管理データは、例えば、各ロックボルト孔４と対応する運転期間ごとのトータルのモルタル注入量を、注入した順に表やグラフで表示した帳票３０として出力される。該注入作業管理データから、実際のモルタル注入量を個々のロックボルト孔４ごとに把握できる。引き抜き試験のように一部のロックボルトだけがサンプリング検査され、他は未検査となることがない。すなわち、１つのトンネル断面のすべてのロックボルト４についての実際のモルタル注入状況を全数検査できる。ひいては、トンネル１におけるすべてのロックボルト４についての注入状況を全数検査できる。これによって、ロックボルト工の施工品質管理に役立てることができる。

【0028】

具体的には、モルタルの設計注入量と実際の注入量をロックボルト孔４ごとに比較できる。実際の注入量が設計注入量を大幅に下回っていが場合は、何らかの施工不良が疑われる。例えば、まだ満杯ではないのに、モルタルがロックボルト孔４のトンネル内側への開口４ｅから流れ出て来たために、作業者が満杯であると誤認して注入を終了したこと等が考えられる。あるいは、土質が緩く、削孔したロックボルト孔４が土砂で埋まってしまったことが考えられる。

【0029】

実際の注入量が設計注入量を大きく上回っていた場合は、地盤が脆く、ロックボルト孔４のまわりの地山に亀裂が出来る等して、モルタルが亀裂内へ漏れていることが考えられる。
同一断面の隣接するロックボルト孔４や他の断面のロックボルト孔４における実際の注入量と比較することで、施工不良の疑いの高いロックボルトを判定することもできる。

【0030】

トンネル１の周方向及び軸方向に分布するロックボルト孔４における設計注入量と実際の注入量との大小関係の異同又はばらつきから、トンネル１の周辺の地山の状態を推測することもできる。 施工不良が特に疑われるロックボルトについては引き抜き試験を行なうことにしてもよい。

【0031】

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、圧送ホース１６などに圧力計を設けることで、モルタル５の流量に加えて充填圧力をも取得して管理してもよい。
充填材は、モルタルに限らず、発泡ウレタンその他の発泡樹脂であってもよい。
ＰＬＣ２２に代えて、それと同様の機能を備えたプリント基板（ＰＣＢ）を用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明は、例えば山岳トンネルにおけるロックボルト工の管理に適用可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 山岳トンネル
２ 周辺地山
３ ロックボルト
４ ロックボルト孔
５ モルタル（充填材）
１０ 充填材圧送ポンプ
１１ ポンプ部
１２ ミキサー
１３ オンオフスイッチ
１６ 圧送ホース
２０ ロックボルト工法管理システム
２１ 流量計
２２ ＰＬＣ（ポンプ運転情報取得手段、注入量情報取得手段）
２２ａ ＣＰＵ
２２ｍ 記憶部
２３ 処理装置（作成手段）
２３ａ ＣＰＵ（処理部）
２３ｍ 記憶部（蓄積手段）
２３ｐ ロックボルト工法管理プログラム
２３ｄ ロックボルト工法管理蓄積データ
３０ 帳票（注入作業管理データ）

【図1】

【図2】

【図3】